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《PNAS》八大热点文章

2019/9/29 8:49:50??????点击:

《PNAS》(美国国家科学院院刊)是与Nature、Science齐名,被引用次数最多的综合学科文献之一,PNAS收录的文献涵盖生物、物理和社 科学,主要内容包括具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。近期其最受关注的文章(生物类)如下:

Telomere shortening rate predicts species life span

端粒是真核细胞内染色体末端的DNA重复片段,功能是完成染色体末端的复制,防止染色体融合、重组和降解。以往的研究表明,端粒与衰老过程有关。由于每次细胞繁殖以修复损伤时,端粒就会变得更短。因此,有学者猜测,物种的寿命也和端粒长度之间存在某种关联。

西班牙国家癌症研究中心的研究人员发现,人类端粒平均每年损失约70个碱基对(DNA的组成部分),而小鼠端粒每年损失约7000个碱基对。这很可能说明,端粒缩短的速率可以决定物种寿命。

为此,研究人员通过与西班牙马德里动物园和水族馆的兽医团队合作,比较了老鼠、山羊、海豚、海鸥、驯鹿、**、火烈鸟、大象和人类共九种物种的端粒缩短速率。

结果显示,这些物种的寿命与其端粒缩短速率、染色体的结构以及物种的基因之间都有着非常明确的联系。其中,端粒缩短速率以及随之而来的DNA损伤和细胞衰老是寿命的决定因素。

Drugging an undruggable pocket on KRAS

RAS家族蛋白广泛表达于各类真核生物,它们在细胞内有两种状态:与GDP结合的非激活状态和与GTP结合的激活状态。RAS蛋白正是通过在两种状态之间的切换,来调控包括MAPK信号通路(RAS-RAF-MEK-ERK)在内的多个下游通路。MAPK通路控制了包括增殖、分化、存活和血管生成在内的几个关键细胞活动,而MEK是其中关键的蛋白激酶。

RAS家族蛋白主要分为三大类:KRAS、HRAS、NRAS,其中KRAS是最常见的致癌基因之一。KRAS突变发生在超过90%的胰腺癌,40%的结直肠癌,以及30%的肺腺癌病例中,其发生在转移性癌症的比例为1:7。临床前研究表明,RAS与MEK抑制剂联用,可以比单独使用更有效地减缓肿瘤生长。

由于RAS蛋白结构平滑,其表面结合小分子的疏水性口袋并不明显,因此在过去30多年来,RAS家族被认为是一种“不可成药”的蛋白。最新研究结果显示,勃林格殷格翰在研KRAS抑制剂BI-2852,可以在纳摩尔级别的亲和度结合到RAS蛋白的开关I/II口袋(switch I/II pocket)上,并抑制KRAS的GDP-GTP循环途径,这与共价结合的KRAS G12C抑制剂机理不同。

Social media’s enduring effect on adolescent life satisfaction

社群媒体几乎是新世代年轻人的「现实世界」,也引起许多专家担忧。牛津大学一项大型研究指出,社群媒体的使用时间,与青少年的生活满意度几乎没有关联,反而家庭、朋友和学校生活对于孩子的影响更大。牛津大学研究人员Amy Orben表示,父母可以不用太担心青少年花多少时间上社群媒体,反而是亲子间的沟通要重要,可以多与孩子谈谈他们上网的经验。

根据《卫报》报导,过去关于滑手机,社群媒体、科技与儿童心理健康的研究相互矛盾。一些研究指出,太常滑手机对儿童心理健康不好;另一些研究指出,社群媒体可帮助孩童发展社交,寻求协助。

为了解答「较常使用社群媒体的青少年,是否会让他们对生活更不满意?」或「较不幸福的青少年,容易花更多时间流连于社群媒体?」,团队收集了2009年至2016年间12,500名10-15岁英国青少年数据。

社群媒体使用时间与青少年幸福感无关,经过200多项不同分析后发现,社群媒体对青少年的幸福感影响仅佔1%,且无论是比较不同孩子,还是观察同一个孩子是否有不同影响,结果都是几乎没有影响。研究提到,社群媒体对女孩的影响比男孩大,他们更可能因为花太多时间接触社群媒体,而对生活不满意;或者,因为幸福感减少,进而较少使用社群媒体。但影响也非常不明显。

牛津大学教授Andy Przybylski告诉《BBC》,99.75%年轻人一年之中的生活满意度,与他们花多少时间在社群媒体无关,家长应该不用过度操心。然而对于一些特定的孩童,可能多少还是有负面影响。网路上鸟事多 父母多与孩童沟通Amy Orben则建议,无论是现实生活中或在是网路上,都会发生不愉快的事情,父母可以多与孩童沟通。他也呼吁,社群媒体公司应该提供更多数据给学界研究。英国皇家儿科和儿童健康学院(Royal College of Paediatrics and Child Health)官员Max Davie也支持社群媒体公司与科学家合作,因为除了心理健康,滑手机也可能影响睡眠、运动与人际互动等问题。他提醒,睡前一小时最好不要滑手机,因为睡眠对青少年很重要。

Paternal diet programs offspring health through sperm- and seminal plasma-specific pathways in mice

研究人员发现,给雄性小鼠喂食质量差的饮食,会导致其后代体重增加、出现II型糖尿病症状,此外,后代小鼠调节脂肪代谢的相关基因表达也一并减少。

许多研究表明,超重、吸烟、酗酒或患有II型糖尿病的男性的精子质量通常比来自健康男性的精子质量差。然而,很少有人知道生活方式对父亲和其后代的长期健康有何影响。

诺丁汉大学生殖生物学助理教授Adam Watkins博士指出:人们很清楚怀孕时的母亲应该注意饮食以免影响孩子的发育和健康,并且,有关准妈妈的健康生活方式和良好饮食选择对自己和孩子健康的重要信息也不绝于耳。有趣的是,关于准爸爸却很少有建议和要求。

我们利用哺乳动物模式生物小鼠的研究表明,受孕时,父亲的饮食和健康状况对其后代的生长和代谢健康具有长期影响。我们的研究不仅确认了不良的饮食对后代健康的不利影响,还揭示了这些影响的背后机理。

小鼠研究发现,喂食低蛋白饲料的雄性小鼠比喂食正常饲料的小鼠所生产的精子中,调节基因表达的化学DNA标签明显更少。

Transient induction of telomerase expression mediates senescence and reduces tumorigenesis in primary fibroblasts

马里兰大学和美国国立卫生研究院的一项新研究揭示了端粒酶的新作用。

端粒酶在正常组织中唯一已知的作用是保护某些经常分裂的细胞,如胚胎细胞,精子细胞,成体干细胞和免疫细胞。科学家认为端粒酶在所有其他细胞中被关闭,除了癌症肿瘤中,在癌细胞中,它能促进无限细胞分裂。

这项新研究发现可以使癌细胞“永生”的端粒酶也可以预防肿瘤,减缓正常细胞死亡的关键阶段。也就是说在衰老过程关键时刻,正常成体细胞中的端粒酶会重新激活,缓解细胞老化的压力,减少可能导致癌症的DNA损伤。

Identification of the expressome by machine learning on omics data

近年来遗传学迅猛发展,许多科学家们希望能借此找到一种清晰,快速的方法进行基因组序列扫描,找出各种可以表达的基因,和不能表达的基因。基因表达是基因内编码的信息,用于产生关键产物(如蛋白质)的过程。

然而令人惊讶的是,迄今为止这还只是一个希望。不过加州大学圣地亚哥分校的生物学家开发出第一个基于机器学习确定基因表达的系统。鉴于缺乏这种方法,新方法被认为是生物学家的一种遗传学“Rosetta Stone”(Rosetta Stone是一款专业的多媒体语言教学程序,可以提供有效的语言学习方法,生物通注)。

对于这项研究,他表示“这篇论文提出了区分是否可以表达的基因的第一种方法,这是所有生物学的基础。无论是药物发现还是植物育种或进化,都需要生物学的基础研究。”

生物学家之前已经通过实验观察和科学文献参考将基因表达分类。但是基因组学领域缺乏一种形式化的过程来揭示这种信息,称为“可表达基因集”,即EGS(expressible gene set),它包含所有可能表达的蛋白质编码基因。

“在生物学方面,没有办法做到这一点,”Briggs说,“过去我们只有制作目录的经验方法,还没有基于其分子特征对基因进行分类的科学标准。”

这一新方法利用机器学习,通过算法和其他过程来分析数据,并基于包含特定的,详细的分子特征的近30,000个基因的数据集,对数据进行了高级算法训练,让它“学会”将基因表达分类,完成精确度高达99.4%。

Infectious virus in exhaled breath of symptomatic seasonal influenza cases from a college community
 
马里兰大学公共卫生学院环境卫生学教授Milton解释说:“我们发现,流感患者只通过呼吸就能向他周围的空气散布感染病毒,不需要咳嗽或打喷嚏。即使不咳嗽,流感患者也会产生感染源(长时间悬浮在空气中的微小液滴),特别是在患病的第一天。所以如果得了流感,患者应该回家而不是待在工作场所里感染其他人。”

Milton博士及其研究团队从142例确诊的流感患者的自然呼吸、讲话、自发咳嗽和喷嚏中捕获并鉴定出流感病毒。受试者分别在流感症状出现后的第一天、第二天和第三天提供218个鼻咽拭子和218个30分钟的呼气、自发性咳嗽和打喷嚏的样本。

对这些样品中分离的传染性病毒的分析表明,大量流感患者经常性地将感染性病毒(不仅是可检测的RNA)排放到足够小的悬浮颗粒中,造成空气传播的风险。令人惊讶的是,来自没有咳嗽的患者的23个细小的悬浮颗粒样本中有11个(48%)检测出病毒RNA,并且这11个中有8个含有感染性病毒,表明在没有咳嗽的情况下,悬浮颗粒也会携带感染性物质。另外还观察到,不管悬浮颗粒大或小,打喷嚏少并不会使颗粒携带的病毒RNA拷贝数更多,这表明打喷嚏对悬浮颗粒中的流感病毒脱落不起重要作用。

E-cigarette smoke damages DNA and reduces repair activity in mouse lung, heart, and bladder as well as in human lung and bladder cells

E-cig主要通过气溶胶传递刺激性的尼古丁,使吸烟者获得即时的满足。与含有亚硝胺和大量致癌化学物质的传统卷烟不同,电子烟的烟雾(ECS)含有尼古丁和相对无害的有机溶剂。事实上,了解E-cig的致癌性是一个紧迫的公共卫生问题。因为致癌物质在人类中诱发癌症需要几十年的时间,而动物模型和细胞培养模型是解决这个问题的合理选择。

纽约大学医学院环境医学教授Yang-shong Tang表示,在他们的实验中,让小鼠暴露在含有尼古丁和液体溶剂的电子烟蒸汽中,随后还将小鼠分开暴露在尼古丁和溶剂中。

人类和动物细胞中细胞色素p450酶可以代谢和转化NNK、NNAL和NNN,从而改变DNA和蛋白质。这一发现提出了一种可能性,即在任何特定时间内,在E-cig吸烟者的血液中检测到的这些亚硝胺水平可能严重低估了尼古丁的亚硝化水平。

Tang团队采用的方法是检测尼古丁诱导的DNA损伤,而不是检测亚硝胺水平,以解决ECS潜在的致突变和致癌作用。值得注意的是,在体内DNA损伤可以持续数小时甚至数天。因此,该方法不仅直接,而且对测定ECS的致癌性也更为敏感。

Tang说:“我们发现,单靠溶剂并不会造成DNA损伤。”研究人员还将人工培养的人类肺和膀胱细胞暴露于尼古丁,并发现了同样的效果——造成DNA损伤和抑制DNA修复。而且,这种损伤既可以从DNA上看出,也可以从自身修复的能力上看出来,使细胞更容易发生突变并发展成癌症。